Microorganisme celulozolitice

Celuloza este un polizaharid complex, care este componenta principal a esuturilor vegetale i cel mai important compus cu carbon din sol i ape. Celuloza este rspndit n materiile prime de origine vegetal (aproximativ 1/3) i n structura pereilor celulari ai fungilor. Celuloza ajuns n sol i n ape este transformat n timp, sub aciunea microorganismelor care produc enzime celulozolitice: micromicete-ageni ai putrezirii, bacterii aerobe i anaerobe. Produii intermedieari de hidroliz sunt metabolizai n mod difereniat, n funcie de natura microorganismelor i de prezena/absena oxigenului din aer.

Degradarea aerob a celulozei se caracterizeaz prin formarea din celobioz sau

glucoz, n prima etap, a hidroxiacizilor din care, prin oxidare, se elibereaz CO2 i H2O.

Dintre bacteriile aerobe care asimileaz celuloza fac parte bacterii cu forme spiralate aparinnd genurilor: Cytofaga, Cellvibrio, Cellulomonas. Importan industrial o au bacteriile din genul Cellulomonas, care pot fi cultivate

aerob pe deeuri vegetale, pe hrtie .a., iar biomasa rezultat prin nmulire este valoroas prin coninutul ridicat n proteine (46,2%).

Dintre micromicete au activitate celulozolitic superioar specii ale genurilor:

Botryotinia, Fusarium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma i Tricothecium.

Tulpini selecionate de micromicete ale genurilor Trichoderma i Aspergillus sunt

bune productoare de celulaze i sunt folosite industrial ca surse de enzime.

Degradarea anaerob a celulozei are loc permanent n sedimente i n mlul apelor,

la fermentarea compostului, n rumenul erbivorelor, n profunzimea solului, n soluri inundate, lacuri termale.

n transformarea celulozei se pot distinge trei etape, n funcie de natura produselor de

fermentaie.

Dup hidroliza celulozei la compui simpli, sub aciunea unei microbiote heterogene

alctuite din bacterii anaerobe i facultativ anaerobe din familiile Enterobacteriaceae,

Bacillaceae (genul Clostridium), se acumuleaz alcooli, acizi, CO2 i H2.

Produsele rezultate n acest stadiu sunt folosite de bacteriile acetogene productoare de acid acetic pe cale anaerob, n a doua etap.

n etapa a treia, denumit metanogen, sunt active bacteriile metanogene strict

anaerobe din genul Methanobacterium cu speciile M.ruminantium, M.formicicum, M.mobilis, M.farkeri .a.

Bacteriile anaerobe pot folosi acidul acetic ca surs energetic i produc metan. Se

apreciaz c 73% din metan rezult din acidul acetic format n faza acetogen:

Celuloza este componentul cel mai raspandit in natura, fiind un polimer de celobioza cu legaturi glucozidice, cu organizare fibrilara ordonata si amorfa. Cele mai importantemicroorganismecelulozoliticesunt: Acetivibrio(cellulolyticus), Acetobacter (xylinum), Acidothermus(cellulolyticus), Alcaligenes (faecalis), Thermoascus(auratiaticus), Trichoderma (koningii, reesei, viride), Verticillium sp, Xanthomonas(albilineans ,campestris). Microorganismelecelulozoliticeproduc o serie de enzime numite celulaze care actioneaza, de regula, cooperant pentru biodegradarea celulozei. La bacterii, exocelulazele se agrega in formatiuni speciale numite celulosomi sau policelulosomi, care actioneaza mai energic pentru biodegradarea celulozei. Sistemul enzimatic complet la celulaze este capabil sa biodegradeze eficient si efectiv celuloza, fiind alcatuit din urmatoarele enzime:

endocelulazele (capabile sa hidrolizeze numai portiunea amorfa a celulozei si unele legaturi zaharidice din portiunea cristalina) ; exocelobiohidrolazele (sunt active asupra unei parti din celuloza cristalina si se mai numesc si avicelaze); celodextrinazele (actioneaza numai partial asupra celobiozei si nu au efect enzimatic asupra celooligozaharidelor si partii amorfe a celulozei); -glucozidazele( specifice prin actiunea lor asupra legaturilor de tip din celobioza); celobiofosforilazele (actioneaza asupra unor legaturi glucozodiceale celobiozei); celodextrinfosforilazele ( specifice pentru actiunea lor asupra celodextrinelor); celobioepimerazele(au efect asupra gluconolactonelor fapt ce determina cuplarea cu glucozidazele). La bacterii celulazele extracelulare se cupleaza prin agregare si formeaza complexe macromoleculare proteice numite celulosomi. Acestia sunt structuri caracteristice pentru bacteriilecelulozolitice, iar sinteza lor este determinata de activitatea a 14-18 gene. In celulosomi enzimele se agrega pentru a putea actiona mai eficient iar prin ei se actioneaza asupra fibrelor de celuloza. Uneori celulosomii formeaza niste structuri numite policelulosomi care se leaga de fibrilele de celuloza si o degradeaza mai eficient. Ei se pot desprinde de pe celulele bacteriene si de pe fibrele de celuloza, se pot disocia in celulosomi, iar acestia apoi in enzime libere. Un celulosom este alcatuit dintr-o parte centrala numita proteina majora si o parte neenzimatica, la suprafata , avand rol de organizare a agregatului si de legare atat in celula bacteriana cat si de fibrila celulozica. Activitatea celulosomiilor consta in: mentinerea celulazelor grupate, fara o difuzie si dilutie a lor in mediul extern, in mentinerea bacteriilor legate de fibrele de celuloza si astfel se asigura activitatea biodegradativa a lor , in asigurarea activitatii simultana in mai multe puncte de pe fibrele de celuloza si in mentinerea grupata a produsilor biodegratarii fara sa se piarda in mediul extern. Degradarea enzimatica a celulozei determina producerea de zaharuri solubile precum etanolul, acetona, butanolul, acidul acetic, acidul lactic si alti acizi organici. Pentru o activitate mai eficientamicroorganismeleactioneaza in asociatii. Exemple de asociatii sunt :

Sporocytophaga myxococcoides si Flavobacterium; Clostridium thermocellum si Clostridiumautotrophicum. In cazul ciupercilorcelulozoliticeactioneaza mai multe sisteme enzimatice si anume: exocelulazele, endoglucanazele, exoglucanazele, glucodiazele, celobiooxidazele, celobiohidrolazele, carboximeticelulazele, hidroxietilcelulazele, glucohidrolazele. Activitateamicroorganismelorcelulozoliticeeste influentata de o serie de factori. Astfel, in conditii de sol, pH-ul influenteaza direct favorizand activitatea fungilor, a bacteriilor ,iar la pH-ul alcalin a asociatiilor bacterii si fungii.Activitatea celulozolitica este influentata si de prezenta azotului in substrat prin stimularea acesteia.Temperatura influenteaza activitateamicroorganismelorcelulozoliticeca si umiditatea, compozitia amestecului de gaze si compozitia in lignina a tesuturilor vegetale si altor glucide. Degradarea celulozei de catremicroorganismeare si o serie de aplicatii biotehnologice ca: producerea de proteina, de biomasa furajera, de biopolimeri, de etanol, de indulcitori alimentari, de antibiotice, de acizi, de aminoacizi, acetona, butanol sau biogaz.

Fungi celulozoliticiAspegillus (132 specii). Prezint conidiofori drepi, neramificai care poart capul conidial alctuit dintr-o vezicul pe care se dezvolt celulele conidiogene, respectiv fialide, generatoare delanuri lungi de fialospori. Fialidele se pot dezvolta pe toat suprafaa veziculei sau numai pe partea superioar, fie ntr-un singur strat - fialide primare, fie n dou straturi suprapuse fialide primare sub forma unor celule lungi i groase i fialide secundare, mai scute i subiri.

Conidiofori au form rotund, elipsoidal sau oval.Ei formeaz lanuri lungi care se

pot interconecta prin intermediul unor puni citoplasmatice. Capul conidial are form sferic cnd fialidele cresc pe toat suprafaa fertil a vezicule sau form columnar atunci cndvezicula este fertil numai pe partea superioar, i poate fi observa macroscopic la unele specii. Speciile genul Aspergillus sunt divizate n 18 grupe, ce includ specii cu caractere

nrudite i care poat denumirea speciei tip. Grupele mari pot fi divizate n serii. Speciile mai importante ale genului sunt:

- A. niger, formeaz colonii radiale de culoare brun-negru. Prezint conidiofor cu cap

conidial sferic i dou rnduri de fialide dispuse pe toat suprafaa veziculei. Tulpinile

selecionate sunt folosite pentru obinerea de enzime (amilaze, proteaze, glucozoxidaze,

invertaze) sau acizi organici (acidul citric, acidul lactic); - A. flavus, formeaz colonii de culoare alb-gbui, la maturitate galben verzui spre

brun cu revers colorat n galben-brun. Capul conidial de tip radial, uneori columnar. Fialidele sunt uniseriate sau biseriate, cu diferene mari n form i dimensiuni. Fialosporii sunt piriformi sau globoi, galben-verzui, rugoi. Este rspndit n sol, pe produse vegetale si are capacitatea de a produce aflatoxine (micotoxine) cu efect cancerigen

Aspergillus flavus

INCLUDEPICTURE "http://www.mold.ph/Aspergillus%20fumigatus%203.jpg" \* MERGEFORMATINET Aspergillus fumigatus

ASPERGILUS NIGER

Aspergillus clavatus

Aspergillus clavatus

a)Aspergillus(x1000); b)Penicillium(x1000);c)Paecilomyces(x600); d)Raffaelea(x600); e)Fusarium(x600); f)Trichoderma(x600); g)Beauveria(x1000);h)Botrytis(x600); i)Gliocladium(x400); j)Chaetomium(x1000); k)Acremonium(x600); l)Geotrichum; m)Streptomyces(x1000); n)Nodulisporium(x600); o)Scytalidium(x600).

Aspergillus sp.

Penicillium sp.

Penicillium claviforme

Genul Sporotrichum